«Когда мы впервые увидели волосяной лед во время прогулки по лесу, мы были удивлены его красотой, — говорит Кристиан Матцлер из Института прикладной физики Бернского университета в Швейцарии. «Вдохновленные любопытством, мы начали исследовать это явление, сначала используя простые тесты, такие как позволять льду волос таять в наших руках, пока он полностью не растает».Затем физик Мацлер объединил усилия с химиком (Диана Хофманн) и биологом (Гизела Преу?) В Германии. Вдохновленная предыдущими работами и фотографиями волосяного льда, присланными из разных стран, команда провела ряд экспериментов, чтобы выяснить, какие условия необходимы для выращивания этого типа льда и каковы его свойства.
В процессе они подтвердили 100-летнюю теорию происхождения волосяного льда.Альфред Вегенер, прославившийся тектоническими плитами, был первым, кто изучал волосяной лед.
В 1918 году он заметил беловатый покрытый паутиной налет на поверхности покрытой волосами льда древесины, которую его помощник идентифицировал как мицелий гриба — массу тонких нитей, из которых растут грибы. Он предположил, что существует связь между льдом и грибком в лесу. Примерно 90 лет спустя Герхарт Вагнер, швейцарский профессор на пенсии, который десятилетиями исследовал лед для волос, нашел доказательства этой связи: обработка древесины фунгицидом или погружение ее в горячую воду подавляло рост волосяного льда.
Но вид грибов и механизм, вызывающий рост волосяного льда, еще предстоит определить.Это была цель исследователей, которые теперь опубликовали свои работы в Biogeosciences. Преу? изучили образцы волосяной ледяной древесины, собранные зимой 2012, 2013 и 2014 годов в лесах близ Брахбаха на западе Германии. Она проанализировала образцы древесины с помощью микроскопических методов и определила одиннадцать различных видов грибов. «Один из них, Exidiopsis effusa, колонизировал всю нашу древесину, производящую волосяной лед, и в более чем половине образцов это был единственный присутствующий вид», — говорит она.
Матцлер, с другой стороны, проводил эксперименты, призванные лучше понять физику волосяного льда на образцах, которые он собрал в лесу в Мооссидорфе, Швейцария. Он обнаружил, подтверждая предположения других исследователей, что движущим механизмом, ответственным за образование волокон льда на поверхности древесины, является сегрегация льда.
Жидкая вода у поверхности ветки замерзает при контакте с холодным воздухом, образуя ледяной фронт и «прослаивая» тонкую водную пленку между этим льдом и порами древесины. Всасывание, возникающее в результате отталкивания межмолекулярных сил, действующих на этот «бутерброд дерево-вода-лед», затем заставляет воду внутри пор древесины двигаться к фронту льда, где она замерзает и добавляет к существующему льду. «Поскольку фронт замерзания расположен у устья древесных лучей, форма растущего льда определяется древесными лучами у их устья», — говорит Матцлер.«Такое же количество льда образуется на древесине с грибковой активностью или без нее, но без этой активности лед образует структуру, похожую на корку. Действие грибка заключается в том, что на льду образуются тонкие волоски диаметром около 0,01 мм — и сохранять эту форму в течение многих часов при температурах, близких к 0 ° C. Наша гипотеза предполагает, что волосы стабилизируются ингибитором перекристаллизации, который обеспечивается грибком ».
Затем Хофманн изучил сам волосяной лед. Ее химический анализ растаявшего льда показал, что вода содержит фрагменты сложных органических соединений лигнина и танина. Поскольку это метаболические продукты грибковой активности, это открытие дополнительно подтверждает биологическое влияние на лед волос. «Эти компоненты могут быть теми, которые предотвращают образование крупных кристаллов льда на поверхности древесины», — говорит Хофманн.Исследователи говорят, что причина, по которой для подтверждения гипотезы Вегенера потребовалось почти 100 лет, заключается в том, что волосяной лед — довольно редкое и мимолетное явление, наблюдаемое в основном в широколиственных лесах на широтах между 45 и 55 ° северной широты. «Волосный лед растет в основном ночью и снова тает с восходом солнца.
Он невидим на снегу и незаметен в инее», — говорит Преу.Следите за тем, чтобы в следующий раз отправиться на утреннюю прогулку в лес.
Если вы найдете лед для волос, вас ждет угощение.